試驗(yàn)三丙類高頻功率放大器試驗(yàn)

1、實(shí)驗(yàn)三 丙類高頻功率放大器實(shí)驗(yàn)圖1 高頻功放原理圖特別提示：1本電路的核心是諧振功率放大器，因此，實(shí)驗(yàn)前必須認(rèn)真預(yù)習(xí)有關(guān)教材，熟悉諧振功率放大器的基本特性，實(shí)驗(yàn)中所有調(diào)整過(guò)程，無(wú)一不是以理論為基礎(chǔ)的。2 認(rèn)真閱讀本實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，特別是對(duì)于畫有波浪線的文字，實(shí)驗(yàn)中要給與關(guān)注。一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?通過(guò)實(shí)驗(yàn)，加深對(duì)于高頻諧振功率放大器工作原理的理解。2研究丙類高頻諧振功率放大器的負(fù)載特性，觀察三種狀態(tài)的脈沖電流波形。3了解基極偏置電壓、集電極電壓、激勵(lì)電壓的變化對(duì)于工作狀態(tài)的影響。4掌握丙類高頻諧振功率放大器的計(jì)算與設(shè)計(jì)方法。二。預(yù)習(xí)要求：1復(fù)習(xí)高頻諧振功率放大器的工作原理及特點(diǎn)。2熟悉并分析圖3所示的實(shí)驗(yàn)

2、電路，了解電路特點(diǎn)。三電路特點(diǎn)及實(shí)驗(yàn)原理簡(jiǎn)介在高頻范圍內(nèi)為獲得足夠大的高頻輸出功率，必須采用高頻放大器，高頻功率放大器主要用于發(fā)射機(jī)的未級(jí)和中間級(jí)，它將振蕩產(chǎn)生的信號(hào)加以放大，獲得足夠高頻功率后，再送到天線上輻射出去。另外，它也用于電子儀器作未級(jí)功率放大器。高頻功率放大器要求效率高，輸出功率大。丙類放大器它是緊緊圍繞如何提高它的效率而進(jìn)行的。高頻功率放大器的工作頻率范圍一般為幾百kHz幾十MHz。一般都采用LC諧振網(wǎng)絡(luò)作負(fù)載，且一般都是工作于丙類狀態(tài)，如果要進(jìn)一步提高效率，也可工作于丁類或戊類狀態(tài)。1電路特點(diǎn)本電路的核心是諧振功率放大器，在此電路基礎(chǔ)上，將音頻調(diào)制信號(hào)加入集電極回路中，利用諧振

3、功率放大電路的集電極調(diào)制特性，完成集電極調(diào)幅實(shí)驗(yàn)。當(dāng)電路的輸出負(fù)載為天線回路時(shí)，就可以完成無(wú)線電發(fā)射的任務(wù)。為了使電路穩(wěn)定，易于調(diào)整，本電路設(shè)置了獨(dú)立的載波振蕩源。2高頻諧振功率放大器的工作原理圖2 ic與ub的關(guān)系t 參見(jiàn)圖1。t諧振功率放大器是以選頻網(wǎng)絡(luò)為負(fù)載的功率放大器，它是在無(wú)線電發(fā)送中最為重要、最為難調(diào)的單元電路之一。根據(jù)放大器電流導(dǎo)通角的范圍可分為甲類、乙類、丙類等類型。丙類功率放大器導(dǎo)通角900，集電極效率可達(dá)80%，一般用作末級(jí)放大，以獲得較大的功率和較高的效率。圖1中，Vbb為基極偏壓，Vcc為集電極直流電源電壓。為了得到丙類工作狀態(tài)，Vbb應(yīng)為負(fù)值，即基極處于反向偏置。ub

4、 為基極激勵(lì)電壓。圖2示出了晶體管的轉(zhuǎn)移特性曲線，以便用折線法分析集電極電流與基極激勵(lì)電壓的關(guān)系。Vbz是晶體管發(fā)射結(jié)的起始電壓（或稱轉(zhuǎn)折電壓）。由圖可知，只有在ub 的正半周，并且大于Vbb和Vbz絕對(duì)值之和時(shí)，才有集電極電流流通。即在一個(gè)周期內(nèi)，集電極電流ic只在-+時(shí)間內(nèi)導(dǎo)通。由圖可見(jiàn)，集電極電流是尖頂余弦脈沖，對(duì)其進(jìn)行傅里葉級(jí)數(shù)分解可得到它的直流、基波和其它各次諧波分量的值，即：ic=IC0+ IC1mCOSt + IC2MCOS2t + + ICnMCOSnt + 求解方法在此不再敘述。為了獲取較大功率和有較高效率，一般取=700800左右。完整的電路圖見(jiàn)圖3。 圖3 高頻功放（調(diào)幅

5、）及發(fā)射電路原理圖圖中，V1、V2構(gòu)成了獨(dú)立的石英晶體振蕩電路，為實(shí)驗(yàn)提供了穩(wěn)定的載波信號(hào)，大大方便了電路的調(diào)整。V3為推動(dòng)級(jí)，為末級(jí)功放電路提供足夠的激勵(lì)電壓。V4構(gòu)成丙類諧振放大電路。為了能較好的演示功放電路的負(fù)載特性，較為方便的觀察脈沖電流，本電路采用了獨(dú)立的偏置電路，由RP2、R15、R14構(gòu)成的分壓器對(duì)-12V進(jìn)行分壓，為功放級(jí)提供適當(dāng)?shù)呢?fù)偏壓，確保工作在丙類狀態(tài)。RL為負(fù)載電阻，在負(fù)載電阻和功放電路集電極之間采用變壓器電路，以完成負(fù)載和集電極之間阻抗變換。在功放輸出級(jí)電路中設(shè)置了三個(gè)跳線短路端子J2、J3和J4。J3可完成+12V電源和+69V可調(diào)電源之間的轉(zhuǎn)換，以觀察集電極調(diào)制特

6、性以及完成調(diào)幅電路的實(shí)驗(yàn)。J2是為了觀察負(fù)載特性而設(shè)置的，當(dāng)J2斷開(kāi)時(shí)，在R16上可直接觀察到脈沖電流波形，從而可較為直觀的觀察到負(fù)載特性，便于加深對(duì)于諧振功率放大電路的理解。而J2短接時(shí)，可得到稍大一些的輸出電壓。J4是為了在集電極回路中加入低頻調(diào)制信號(hào)而設(shè)置的。 3高頻功放電路的調(diào)諧與調(diào)整原則理論分析表明，當(dāng)諧振功率放大器集電極回路對(duì)于信號(hào)頻率處于諧振狀態(tài)時(shí)（此時(shí)集電極負(fù)載為純電阻狀態(tài)），集電極直流電流IC0為最小，回路電壓UL最大，且同時(shí)發(fā)生。然而，由于晶體管在高頻工作狀態(tài)時(shí)，內(nèi)部電容Cbc的反饋?zhàn)饔妹黠@，上述IC0最小、回路電壓UL最大的現(xiàn)象不會(huì)同時(shí)發(fā)生。因此，本實(shí)驗(yàn)電路，不單純采用監(jiān)

7、視IC0的方法，而采用同時(shí)監(jiān)視脈沖電流iC的方法調(diào)諧電路。由理論分析可知，當(dāng)諧振放大器工作在欠壓狀態(tài)時(shí)，iC是尖頂脈沖，工作在過(guò)壓狀態(tài)時(shí)，iC是凹頂脈沖，而當(dāng)處于臨界狀態(tài)下工作時(shí)，iC是一平頂或微凹陷的脈沖。這也正是高頻諧振功率放大器的設(shè)計(jì)原則，即在最佳負(fù)載條件下，使功率放大器工作于臨界狀態(tài)，以獲取最大的輸出功率和較大工作效率。本電路的最佳負(fù)載為75。因此調(diào)試時(shí)也應(yīng)以此負(fù)載為調(diào)試基礎(chǔ)。四實(shí)驗(yàn)儀表設(shè)備1雙蹤示波器2萬(wàn)用表3高頻電路學(xué)習(xí)機(jī)4高頻功放（調(diào)幅）及發(fā)射實(shí)驗(yàn)電路板（G2F）五實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟1按圖連接好實(shí)驗(yàn)電路板所需電源（±12V）。-Vbb接-12V2功放級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)整A用短

8、路環(huán)將J3的1、2端和J4的2、4端短路，以使+12V電源直接提供給功放輸出級(jí)的集電極回路。( 注意：此時(shí)一定要使J5或J1保持開(kāi)路狀態(tài)，否則，靜態(tài)工作點(diǎn)將受到本振電壓的影響。) B用萬(wàn)用表測(cè)試V4的基極電壓。調(diào)整RP2，使V4B=-0.3V左右。3調(diào)整載波振蕩源接通J5，以給載波振蕩電路加電。J1仍保持開(kāi)路狀態(tài)，然后在測(cè)試點(diǎn)M1處接入示波器，以觀察振蕩波形。調(diào)整Rp1，使載波振蕩源輸出UO=1V左右。4 推動(dòng)級(jí)的調(diào)整用短路環(huán)短接J1，使載波振蕩信號(hào)f0=6.5MHz，UO1V(p-p)通過(guò)C9接至晶體管V3的基極。在M2端用示波器觀察推動(dòng)級(jí)的輸出波形，由于功放級(jí)輸入端阻抗元件的影響，波形為一

9、失真的正弦波，此時(shí)不必做很多調(diào)整工作，只要證實(shí)推動(dòng)級(jí)已經(jīng)工作即可。5脈沖電流及放大特性的觀察¨ 保持前面的電路連接不變，將J2的短路環(huán)取下，使C16開(kāi)路。 將負(fù)載電阻接至75。¨ 將示波器1通道測(cè)試探頭（衰減10倍，下同）連接至V4的發(fā)射極電阻上（即J2的1端），靈敏度置于20mV/DIV檔（由于探頭有10倍衰減，故實(shí)際相當(dāng)于200mV/DIV）, 用以監(jiān)測(cè)脈沖電流。將示波器2通道測(cè)試探頭（衰減10倍，下同）連接至測(cè)試點(diǎn)M3處，靈敏度置于0.2V/DIV檔（由于探頭有10倍衰減，故實(shí)際相當(dāng)于2V/DIV），用以監(jiān)測(cè)功放級(jí)的輸出波形。A.負(fù)載特性的觀察i. 仔細(xì)調(diào)整CT4，使

10、輸出回路諧振，且實(shí)現(xiàn)負(fù)載到集電極間的阻抗轉(zhuǎn)換。觀察M3處的波形，應(yīng)能得到失真最小的正弦波形。同時(shí)觀察V4的發(fā)射極（取樣）電阻上的波形，是否得到了一個(gè)臨界狀態(tài)的脈沖電流波形（略有凹陷的波形）。若未能觀察到臨界狀態(tài)的脈沖電流，則需要仔細(xì)調(diào)整CT2、CT3，使功放級(jí)的輸入達(dá)到較好的匹配狀態(tài)，必要時(shí)還需適當(dāng)?shù)卣{(diào)整載波信號(hào)源的輸出幅度。正常情況下，在 M3處觀察到的輸出波形幅度應(yīng)不低于9.4V。ii. 保持信號(hào)源頻率和幅度不變，將負(fù)載分別接至120和39，應(yīng)能觀察到過(guò)壓和欠壓狀態(tài)的脈沖電流形狀。若不能，則電路還需做細(xì)心調(diào)整，直至在保持信號(hào)源頻率和幅度不變得情況下，隨著負(fù)載的改變可出現(xiàn)過(guò)壓、臨界、和欠壓的

11、三種狀態(tài)的脈沖電流波形。三種狀態(tài)的脈沖電流波形大致如圖所示。RL=120 RL=75 RL=39圖4 不同負(fù)載下的脈沖電流波形上述脈沖波形，描繪了放大器的負(fù)載特性，即隨著Rc的增大，Ic隨之減小。放大狀態(tài)由欠壓狀態(tài)向過(guò)壓狀態(tài)過(guò)渡。iii. 當(dāng)觀察到負(fù)載特性后，記錄三種負(fù)載條件下的負(fù)載上獲得的輸出電壓UL(P-P)，電源提供給功放管集電極的電壓UC，為了避免電壓表輸入阻抗對(duì)于輸出回路的影響，測(cè)量UC應(yīng)當(dāng)在J4的2端測(cè)試。測(cè)試三種狀態(tài)下的集電極直流電流時(shí)，既可以采用在J4的2、4兩點(diǎn)間接入直流電流表(200mA檔)直接讀數(shù)，也可以采用測(cè)量發(fā)射極（取樣）電阻上的壓降再換算成電流的方法。但電流表接入回

12、路中后，會(huì)對(duì)輸出及脈沖電流波形產(chǎn)生一定影響，所以推薦采用第二種方法測(cè)試集電極直流電流。換算方法：IC0=VE/RE(已知RE=1)。最后將測(cè)試結(jié)果填入表中。表1 高頻功放實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表RL（）實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果ICO(A)VL(P-P)(V)VC(V)PS(mW)PL(mW)(%)3975120B.集電極調(diào)制特性的觀察將負(fù)載置于39檔，輸入信號(hào)電壓及Eb保持不變，用短路環(huán)將J3的2、3端短接，用69V可調(diào)電源給功放管的集電極供電。調(diào)整RP3,觀察發(fā)射極脈沖電流波形的變化，這些變化描述了丙類功放電路的集電極調(diào)制特性，即隨著Vcc增大，脈沖電流將會(huì)由過(guò)壓狀態(tài)向臨界再向欠壓狀態(tài)變化。EC=10V EC=6V 圖5 EC不同時(shí)的脈沖電流波形（RL=39）C.基極調(diào)制特性的觀察將負(fù)載置于75，電源電壓Vcc=12V，輸入信號(hào)幅度保持不變，調(diào)整RP2，仔細(xì)觀察脈沖電流的形狀與幅值的變化，它描述了諧振功率放大器的基極調(diào)制特性。D.放大特性的觀察保持Vcc、Eb、RL不變，改變輸入電壓的幅值，可以看出隨著信號(hào)幅度由小到大變化，脈沖電流將由欠壓狀態(tài)向臨界狀態(tài)再向過(guò)壓狀態(tài)變化的現(xiàn)象。六問(wèn)題思考1若諧振放大器工作在過(guò)壓狀態(tài)，